АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОПТИМИЗАЦИИ ТРЕБОВАНИЙ К НАДЕЖНОСТИ ПОДВОДНЫХ ДОБЫЧНЫХ СИСТЕМ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ АРКТИЧЕСКОГО ШЕЛЬФА

Уникальные условия арктического шельфа Российской Федерации вынуждают отказаться от использования готовых технических решений при освоении соответствующих месторождений, поскольку адекватных технологий ни в России, ни за рубежом не существует. При проектировании объектов освоения шельфовых месторождений особое внимание необходимо уделять современным и инновационным средствам, существенно повышающим надежность системы добычи природного газа. Одним из перспективных направлений развития подводного оборудования для освоения шельфовых месторождений является создание полностью подводных систем обустройства (ПДК), в состав которых входят добычные комплексы, установки подготовки газа к транспорту и компрессорные станции. Анализ тенденций развития технологий освоения шельфовых месторождений показывает, что в настоящее время создание комплекса оборудования, позволяющего полностью под водой проводить добычу, подготовку и транспорт газа, практически завершено.

Наиболее актуальная задача проектирования обустройства шельфовых объектов сегодня – это управление надежностью и рисками. По результатам анализа основных тенденций развития подводных газовых технологий в ООО «Газпром проектирование» разработаны концепция подводного освоения газовых месторождений арктического шельфа, а также методика управления системной надежностью проектируемых объектов, позволяющая: обосновать объемы резервирования элементов и систем; определить потребность технологического объекта в запасных частях и трудоемкость планового и внепланового технического обслуживания и ремонта; спроектировать объекты ремонтной производственной инфраструктуры. На базе методики управления надежностью проведен комплекс аналитических исследований надежности и разработаны рекомендации по резервированию подводного оборудования [1].

Подводный добычной комплекс — комплекс подводных устройств, систем и оборудования, предназначенный для обеспечения добычи пластовой продукции на морских нефтегазовых месторождениях с использованием скважин с подводным заканчиванием.

Можно выделить следующие ключевые этапы создания подводного оборудования:

1994 г. – начало промышленной эксплуатации первой подводной насосной станции на шельфе Италии;

2001 г. – начало опытно-промышленной эксплуатации первого подводного сепаратора на месторождении Тролль в Норвегии (англ. Troll);

2007 г. – начало промышленной эксплуатации подводного сепаратора на месторождении Тордис (англ. Tordis, Норвегия);

2010–2015 гг. – испытания подводных компрессоров. В августе 2015 г. началась эксплуатация подводного компрессора на месторождении Асгард (англ. Asgard, Норвегия). Это событие считается важнейшим этапом реализации новых подводных технологий, поскольку открывает широкие перспективы в освоении шельфовых месторождений.

В составе ПДК имеется следующее основное оборудование:

1. Оборудование системы заканчивания скважин.

2. Система управления ПДК – электрическая часть.

3. Система управления ПДК – гидравлическая часть.

4. Система манифольда.

5. Трубопроводная арматура (оконечные устройства).

6. Шлангокабели.

7. Вспомогательное оборудование системы управления.

8. Технологическая оснастка и инструменты для проверки и контроля.

Серьезный фактор проектирования обустройства месторождений арктического шельфа – природно-климатические условия (рис.1). Например, в экстремальных ледовых условиях Охотского моря, которое может быть покрыто льдом от 8 до 10 месяцев в году, ремонт или замену оборудования можно производить ежегодно только в течение двух-четырех месяцев.

Рисунок 1. Факторы, определяющие специфику морских работ в субарктических и арктических условиях России

Методика управления системной надежностью проектируемых объектов позволяет:

1) обосновать уровень резервирования элементов и систем, необходимый для соблюдения требований технического задания к надежности технологического оборудования;

2) определить потребность в запасных частях для обеспечения надежного функционирования технологического объекта в течение установленного срока службы;

3) установить трудоемкость планового и внепланового технического обслуживания и ремонта технологических объектов;

4) выполнить разработку проектных решений по объектам ремонтной производственной инфраструктуры (ремонтным базам, складам, подъездным путям к технологическим объектам и др.).

В рамках оптимизации требований к надежности подводных добычных комплексов в ООО «Газпром проектирование» разработана методика управления системной надежностью проектируемых объектов, которая:

– позволяет оптимизировать состав и количество оборудования на основе заданных ограничений по времени ремонта оборудования после отказа;

– может быть использована при проектировании объектов освоения месторождений арктического шельфа Российской Федерации. Применение методики впервые позволило выполнить последовательную оптимизацию состава ПДК с учетом тяжелых природно-климатических условий Российской Арктики, когда ремонт и техническое обслуживание возможны лишь в течение ограниченного временного окна продолжительностью два-четыре месяца [2].

При проектировании наряду с показателями надежности ПДК необходимо выполнять расчет показателей экономической эффективности. Вариантная проработка состава ПДК по критерию «надежность-стоимость» позволит более эффективно выполнить поиск самого предпочтительного варианта.

В ходе анализа главных конструкционных особенностей и рассмотренного технологического оборудования становится очевидным, что реализация концепции полностью автономных подводных промыслов – многоаспектная задача, требующая сложных технико-технологических и, в первую очередь, организационных решений. Технология подводного использования скважин для морской добычи нефти и газа – узкоспециализированная область применения, что предъявляет к ней особые инженерные требования.

Разведка и добыча нефтегазовых ресурсов влекут за собой множество рисков, отсутствие учета которых на стадии проектирования и разработки месторождений может привести к смертельным опасностям и огромным потерям для жизни людей, грандиозным нарушениям окружающей среды и ее свойств [3]. Все процессы разработки подводных месторождений, связанные с проектированием, производством, обустройством и эксплуатацией подводного оборудования, уязвимы с точки зрения вероятности возникновения аварийного случая, особенно, если его недостаточная надежность связана с технологическим процессом. Таким образом, надежность технологического оборудования при разведке и подводной добыче углеводородов, и эффективность его обслуживания являются одними из факторов обеспечения экологической и промышленной безопасности, доступности продукции и адекватности затрат на обслуживание.

Список литературы:

1. Карпунина В.П. Подводные технологии: конструкционное представление о существующих технологиях и операциях по ликвидации подводных выбросов конденсата / Сборник научных трудов III Международной научно-практической конференции Актуальные вопросы современной науки. Уфа, 2017 г., – С 9-18.
2. Чернов А.Н. Управление надежностью при проектировании / А.Н Чернов, А.М. Пароменко // Газовая промышленность. – 2008 – № 5. – C. 32–33.
3. Карпунина В.П. Разработка метода моделирования для системы подводной добычи нефти и газа / Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук: материалы III научно-практической всероссийской конференции (школы- семинара) молодых ученых: 24-25 апреля 2017 г. – Тольятти: Издатель Качалин Александр Васильевич, 2017. – 680 с.